CAD技术发展过程

建模技术是CAD的核心技术，建模技术的研究、发展和应用，代表了CAD技术的研究、发展和应用水平。

1. 二维CAD技术的发展

CAD技术起步于50年代后期。进入60年代后，CAD技术随着在计算机屏幕上绘图成为可能而开始迅速发展。人们希望借助此项技术来摆脱繁琐、费时和低精度的传统手工绘图。当时，CAD技术的出发点是用传统的三视图方法来表达零件，以图纸为媒介进行技术交流，这就是二维计算机绘图技术，CAD的含义仅仅是图板的替代品，即Computer Aided Drawing的缩写。以二维绘图为主要目标的算法一直持续到70年代末期。随着技术的发展，CAD系统介入产品设计过程的程度越来越深，系统功能越来越强，逐步发展成为真正的计算机辅助设计（Computer Aided Design）。

2. 曲面造型技术与三维CAD系统的发展

60年代出现的三维CAD系统只是极为简单的线框式系统。这种初期的线框造型系统只能表达基本的几何信息，不能有效表达几何数据间的拓扑关系。由于缺乏形体的表面信息，CAM及CAE均无法实现。

70年代飞机和汽车工业的蓬勃发展给三维CAD带来了良好的机遇。为了解决飞机和汽车设计制造中遇到的大量自由曲面问题，法国人提出了贝赛尔算法，使得人们用计算机处理曲线及曲面问题变得可以操作，同时也使得法国的达索飞机制造公司的开发者们能在二维绘图系统CADAM的基础上，提出以表面模型为特点的自由曲面建模方法，推出了三维曲面造型系统CATIA。CATIA的出现标志着计算机辅助设计技术从单纯模仿工程图纸的三视图模式中解放出来，首次实现了在计算机内较完整地描述产品零件的主要信息，同时也为CAM技术的开发打下了基础。曲面造型系统带来了第一次CAD技术革命，它改变了以往只能借助油泥模型来近似表达曲面的落后的工作方式。

曲面造型系统带来的技术革新，使汽车开发手段有了质的飞跃，新车型开发速度也大幅度提高，许多车型的开发周期由原来的6年缩短到约3年。汽车工业对CAD系统的大量采用，反过来也大大促进了CAD技术本身的发展。

3. 实体造型技术与三维CAD系统的发展

80年代初，CAD系统价格依然令一般企业望而却步，这使得CAD技术无法拥有更广阔的市场。为使自己的产品更具特色，在有限的市场中获得更大的份额，以CV、SDRC和UG为代表的系统开始朝各自的发展方向前进。70年代末到80年代初，CAE和CAM技术也有了较大发展。表面模型使CAM问题基本得到解决。但由于表面模型技术只能表达形体的表面信息，难以准确表达零件的其它特性，如质量、重心和惯性矩等，对CAE十分不利。在当时星球大战计划的背景下，为降低巨大的太空实验费用，许多专用分析模块得到开发。基于对CAD/CAE一体化技术发展的探索，SDRC公司于1979年发布了世界上第一个完全基于实体造型技术的大型CAD/CAE软件──I-DEAS。实体造型技术能够精确地表达零件的全部属性，有助于统一CAD、CAE和CAM的模型表达，给设计带来了方便，代表着未来CAD技术的发展方向。但实体造型技术在带来了算法的改进和未来发展希望的同时，也带来了数据计算量的极度膨胀。在当时的计算机硬件条件下，实体造型的计算及显示速度很慢，离实际应用还有较大的差距。另外，面对算法和系统效率的矛盾，许多赞成采用实体造型技术的公司并没有下大力气进行开发，而是转向攻克相对容易实现的表面模型技术。在以后的10年里，随着硬件性能的提高，实体造型技术又逐渐为众多CAD系统所采用。

4. 参数化技术与三维CAD系统的发展

进入80年代中期，CV公司提出了一种比无约束自由造型更加新颖的算法——“参数化实体造型方法”。这种方法的特点是，基于特征、全尺寸约束、全数据相关和尺寸驱动设计修改。由于在参数化技术发展初期，很多技术难点有待于攻克，又因为参数化技术的核心算法与以往的系统有本质差别，采用参数化技术，必须将全部软件重新改写，因而需要大量的开发工作量和投资。同时，由于当时CAD技术应用的重点是自由曲面需求量非常大的航空和汽车工业，参数化技术还不能提供解决自由曲面问题的有效工具，所以这项技术当时被CV公司所否决。

参数技术公司（Parametric Technology Corp.，PTC）就在这样的环境下应运而生。PTC推出的Pro/E是世界上第一个采用参数化技术的CAD软件，它第一次实现了尺寸驱动的零件设计。80年代末，计算机技术迅猛发展，硬件成本大幅度下降，很多中小型企业也开始有能力使用CAD技术。处于中低档的Pro/E软件获得了发展机遇，它符合众多中小型企业CAD的需求，从而获得了巨大的成功。进入90年代后，参数化技术变得越来越成熟，充分体现出其在许多通用件、零部件设计时的简便易行等方面的优势。

5. 变量化技术与三维CAD系统的发展

参数化技术在90年前后几乎成为CAD业界的标准，许多软件厂商纷纷起步追赶。由于CATIA、CV、UG、EUCLID等都已经在原来的非参数化模型基础上开发或集成了很多其它应用，开发了许多应用模块，所以，重新开发一套完全参数化的造型系统困难很大，因为这样做意味着必须将软件全部重新改写。因此这些公司采用的参数化系统基本上都是在原有模型技术的基础上进行局部的、小规模的修补。这样，CV、CATIA和UG在推出自己的参数化技术时，均宣传其采用了复合建模技术。

复合建模技术把线框模型、曲面模型及实体模型叠加在一起，难以全面应用参数化技术。由于参数化技术和非参数化技术内核本质不同，用参数化技术造型后进入非参数化系统，还要进行内部转换才能被系统接受，而大量的转换极易导致数据丢失或产生其它的不利情况。

90年代初，SDRC公司的开发人员以参数化技术为蓝本，提出了“变量化技术”。1990至1993年，SDRC投资一亿多美元，将软件全部重新改写，推出了全新体系结构的I-DEAS Master Series。

CAD技术基础理论的每一次重大进展，无一不带动了CAD/CAM/CAE整体技术的提高以及制造手段的更新。技术发展，永无止境。没有一种技术是常青树，CAD技术一直处于不断的发展与探索之中。

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